книги из ГПНТБ / Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник

сопротивления Re в цепи базы. При этом предполагается, что Re много больше входного сопротивления Rax открытого транзистора (Rвх — порядка сотен Ом).

Необходимо отметить, что прямое смещение эмиттерного пере­ хода не может возникнуть мгновенно; задержка отпирания тран­ зистора после подачи отпирающего напряжения обусловлена из­ менением заряда входной емкости Свх. Напряжение на емкости

При дальнейшем рассмотрении переходных процессов будем считать, что при поступлении отпирающего перепада транзистор отпирается сразу, хотя в действительности начало процесса задер­ живается и переходная характеристика сдвигается вправо на вре­

мя &

100

Пусть в момент t — О на вход ключа поступает положительный перепад тока /б и пусть (рис. 2.23) Іб — яД», s > 1; /бн = ^ Лга/ß ~ Ац/р/^к.

Заряд в базе Q и коллекторный ток ік будут возрастать в соот­

лучить, прежде всего, при увеличении отпирающего тока /б и при­ менении более высокочастотных транзисторов.

По истечении времени 4 транзистор находится в режиме на­ сыщения, токи транзистора практически не меняются, а заряд в

базе продолжает нарастать до уровня т„/б с постоянной времени т„; за время ta ~ (2ч-3)ти завершается процесс накопления заря­ дов, и транзистор переходит в стационарный режим.

Длительность выключения

Пусть в некоторый момент времени на вход транзистора по­ дается запирающий перепад тока (рис. 2.24): ток базы скачком

изменяется от положительного уровня 4 до отрицательного 7® (например, в результате подачи обратного перепада входного на­ пряжения Е° — А4). Отрицательный ток приводит к уменьшению заряда, накопленного в базе (к так называемому рассасыванию заряда) в соответствии с переходной характеристикой (2.53). Оче­ видно, что, пока заряд в базе Q больше Qrp (т. е. Qn36 > 0 ) , кол­ лекторный ток и коллекторное напряжение не меняются. Длитель­ ность рассасывания tv определяется временем, в течение которого

ступает в момент, когда процесс накопления зарядов в базе еще не завершен.

101

102

возрастает его входное сопротивление и, начиная с момента, когда последнее становится сравнимым с сопротивлением Rs, спадает ток базы.

Переключение ключа сильным сигналом

В соответствии с ур-нием (2.49а) при заданном законе измене­

т. е. в момент, непосредственно предшествующий моменту подачи тока г'б(0- Если при t = —0 ток базы был установившимся и рав­

тр:Д^ «С тр (в области насыщения вместо tß.следует брать постоян­ ную Ти, однако, как уже было указано выше, в дальнейшем обычно считаем Tn = Tß). Соотношение At <С tß можно также рассматри­ вать как условие сильного сигнала.

103

на 10%. Для активной области согласно (2.52) условие «сильного» сигнала (2.60) можно записать в виде

(2.64) можно получить непосредственно из (2.56), если ограничи­

Учет конечной длительности фронта управляющих перепадов тока базы

Выше были определены длительности включения и выключения транзистора в предположении, что входной управляющий ток базы i6 (t) имеет формулу идеального (положительного или отрицатель­ ного) перепада, длительность фронта /фВх которого равна нулю.

104

Если же <(|, пх Ф 0, то время включения 4° и время запирания

транзистора t3an будут больше определенных ранее. Соответ­

ствующие длительности можно вычислить, например, путем при­ менения интеграла Дюамеля. Однако при выполнении условия

гих законах изменения фронта входного перепада тока і'б (/).

Сокращение длительности переключения транзисторного ключа

Длительность 4 включения транзисторного ключа можно со­ кратить увеличением отпирающего тока базы. Однако при боль­ шом токе базы велика степень насыщения транзистора, что приводит к увеличению задержки в выключении ключа. С другой стороны, длительность рассасывания tp и длительность фронта вы­

ключения 4 тем меньше, чем больше обратный запирающий пере­ пад тока базы. Следовательно, желательно, чтобы управляющий ток имел форму, показанную на рис. 2.25а.

Амплитуда выброса 4 ф должна быть достаточно большой, что­ бы получить требуемую длительность включения 4 » причем ток базы должен поддерживаться на уровне /бФ в течение времени, не меньшем 4 - В стационарном режиме включения ток базы должен поддерживаться на таком уровне 4 , чтобы открытый

105

транзистор -при минимальном значении ßMIin работал на границе об­ ласти насыщения.

Для выключения транзистора желательно, чтобы в базу был по­

В)

С. Начальное значение этого тока определяется величиной Д1, вход­ ным сопротивлением Двх открытого транзистора, выходным сопро­ тивлением источника Rr и начальным напряжением на конден­

ной для включения транзистора в течение заданного интервала

времени t\. Когда e(t) изменится скачком до Е° (при этом внут­ реннее сопротивление Rr источника, как правило, также изменяет-

106

ся, так как обычно роль источника играет другой ключ), то по­ явится ток разряда конденсатора С, сокращающий время выклю­ чения.

Заметим, что с увеличением емкости С сокращается длитель­

ность фронта включения і% (так как увеличивается постоянная времени заряда конденсатора, уменьшается скорость спада тока базы открывающегося транзистора и накопление заряда Qrp в базе происходит за меньший интервал времени). Однако при чрезмерно большом значении емкости С ток базы транзистора может к мо­ менту поступления запирающего перепада оказаться существенно

большим установившегося уровня /б. При этом возрастут время

рассасывания tp и длительность фронта выключения £ф. Очевидно, что во избежание этого следует выбрать постоянную времени за­ ряда конденсатора С, не превышающую t j 3.

Таким образом, включение емкости С приводит к ускорению процессов переключения, и поэтому ее обычно называют уско­ ряющей.

Выше было отмечено, что длительность выключения транзи­ стора можно сократить за счет устранения его насыщения. Для этого ключ нужно рассчитать так, чтобы рабочая точка распола­ галась вблизи границы активной области и области насыщения. Однако практическая реализация подобного режима нецелесооб­ разна (и вряд ли возможна) из-за значительного разброса параметров ß, / І(0 и их зависимости от температуры. Поэтому устранение насыщения осуществляется соответствующей стхемотех-

дующем. Управляющим током является ток эмиттера іэ. Для на­ сыщения транзистора необходимо, чтобы аіэ превышал коллек­ торный ток ік: са'э > ік. Удовлет­ ворить этому условию не всегда возможно, в частности, это невоз­ можно при управлении ключом ОБ при помощи выходного тока аналогичного ключа.

В режиме отсечки входной ток равен /эо, и так как в несиммет­ ричных транзисторах /эо «С / |{0

[см. ф-лу (2.43)], режим ключей ОБ меньше зависит от температуры, чем ключей ОЭ.

Переходные процессы в ключе ОБ имеют такой же характер, что и в ключе ОЭ; следует только иметь в виду, что в активной области работы транзистора, когда формируются и передний, и

107

костей, в частности емкости нагрузки С„. Так, при подаче на базу идеального перепада напряжения входное сопротивление опреде­ ляется лишь величиной Гб, так как Сп шунтирует RB и Ra.

Выходное сопротивление Rвыхэп легко определяется, если вос­ пользоваться эквивалентной схемой транзистора:

ление і?выхэп в зависимости от режима работы транзистора имеет величину порядка единиц или десятков ом.

в)

Рис. 2.27

мощности и, в частности, для увеличения нагрузочной способности ключевых схем.

Следует, однако, иметь в виду, что при передаче запирающих перепадов напряжения с крутыми фронтами (т. е. положитель­ ных при использовании транзистора типа р-п-р и отрицательных

10»